Method Article
Changements dans les membres musculaires contractiles et passive propriétés mécaniques sont d'importants biomarqueurs pour les maladies musculaires. Ce manuscrit décrit tests physiologiques pour mesurer ces propriétés dans l'extenseur commun des orteils murin et jambier muscles antérieurs.
Les mouvements du corps sont principalement fournis par la fonction mécanique du muscle squelettique. Muscle squelettique est composé de faisceaux de fibres musculaires de nombreux qui sont gainées par voie intramusculaire tissus conjonctifs. Chaque myofibrille contient plusieurs myofibrilles qui s'exécutent longitudinalement le long de la longueur de la fibre musculaire. Myofibrilles sont l'appareil contractile du muscle et ils sont composés d'unités répétées contractiles appelées sarcomères. Une unité sarcomère contient des filaments d'actine et de la myosine qui sont espacées par des disques à Z et de protéine titine. Fonction mécanique du muscle squelettique est définie par les propriétés contractiles du muscle et passive. Les propriétés contractiles sont utilisées pour caractériser la valeur de la force générée lors de la contraction musculaire, le temps de génération de force et de temps de relaxation musculaire. Tout facteur qui affecte la contraction musculaire (tels que l'interaction entre les filaments d'actine et de myosine, l'homéostasie du calcium, rapport ATP / ADP, etc) influe sur la prope contractileles parties prenantes. Les propriétés passives désignent les propriétés élastiques et visqueuses (rigidité et la viscosité) du muscle en l'absence de contraction. Ces propriétés sont déterminées par la extracellulaire et les composants intracellulaires structurelles (comme titine) et les tissus conjonctifs (collagène principalement) 1-2. Les propriétés contractiles et passive sont deux aspects inséparables de la fonction musculaire. Par exemple, flexion du coude est réalisé par contraction de muscles dans la région antérieure de la partie supérieure du bras et étirement passif des muscles de la loge postérieure de la partie supérieure du bras. Pour vraiment comprendre la fonction musculaire, les deux propriétés contractiles et passive doit être étudiée.
Les propriétés contractiles et / ou passive mécaniques du muscle sont souvent compromis dans les maladies musculaires. Un bon exemple est la myopathie de Duchenne (DMD), une maladie du dépérissement musculaire sévère causée par une carence en dystrophine 3. La dystrophine est une prote du cytosqueletteà qui stabilise la membrane des cellules musculaires (sarcolemme) pendant 4 contraction musculaire. En l'absence de dystrophine, le sarcolemme est endommagé par la force de cisaillement générée lors de la transmission de force. Cette membrane déchirer déclenche une réaction en chaîne qui conduit à la mort cellulaire musculaire et la perte de la machinerie contractile. En conséquence, la force musculaire est réduite et fibres musculaires mortes sont remplacées par des tissus fibreux 5. Ce changement augmente tard 6 raideur musculaire. La mesure précise de ces changements fournit un guide important pour évaluer la progression de la maladie et de déterminer l'efficacité thérapeutique du nouveau gène / cellule / interventions pharmacologiques. Ici, nous présentons deux méthodes pour évaluer les propriétés contractiles et passive mécaniques du muscle long extenseur des orteils (EDL) muscle et les propriétés contractiles du muscle tibial antérieur (TA) du muscle.
1. Evaluation des propriétés contractiles et passive de l'ex vivo muscle EDL
Les propriétés contractiles et passive du muscle EDL sont évalués ex vivo en utilisant la science Aurora système in vitro test musculaire. Reportez-vous au tableau 1 pour les matériaux et l'équipement.
1.1 Préparation Equipement
1,2 dissection de muscle EDL
Toutes les études sur l'animal doit être approuvé par le soin des animaux et du Comité institutionnel utilisation.
1.3 Mesure des propriétés contractiles et passive du muscle EDL
Utilisez le Tableau 2 pour régler les paramètres dans le logiciel de DMC pour chacune des mesures suivantes. Analyser les données en utilisant l'analyse musculaire dynamique (DMA) du logiciel.
1.3.1 Mesurer les propriétés contractiles du muscle EDL
1.3.2 Mesure des propriétés passives du muscle EDL
2. Evaluation des propriétés contractiles du muscle TA In situ
Les propriétés contractiles du muscle TA sont mesurés à l'aide de la science Aurora dans le système musculaire test in situ. Reportez-vous au tableau 1 pour les matériaux et l'équipement.
2.1 Préparation Equipement
2.2 Préparation du muscle TA pour la mesure in situ de force
2.3 Mesure des propriétés contractiles du muscle TA
Les résultats suivants sont une représentation de nos rapports précédents 6,9. Les données sont présentées sous forme de moyenne ± erreur standard de la moyenne. Tableau 3 montre les propriétés morphométriques du muscle EDL dans BL10 normale et de la dystrophine-déficientes (mdx) souris à 4 à 6 mois d'âge. La figure 4 montre représentatives des propriétés contractiles et passive de la EDL à partir BL10 et mdx souris. Les propriétés contractiles du muscle EDL sont décrits par les termes suivants, y compris le spécifique (force absolue divisée par la CSA) force contractile (figure 4A), spécifique la force tétanique maximale (figure 4B), TPT et ½ RT de la force tétanique maximale absolue (figure 4C et D). Le TPT et ½ RT peut également être calculer à partir de la force de contraction absolue. Le profil de contrainte-déformation (figure 4E) et SRR (Figure 4F) unre utilisé pour décrire les propriétés passives du muscle EDL.
Absence de dystrophine a un impact significatif sur les propriétés contractiles et passive du muscle EDL 6,9. Tic précis et forces tétaniques sont significativement réduite dans le muscle mdx EDL. Le TPT est nettement plus rapide alors que la RT ½ est significativement plus lente dans le muscle mdx EDL. Le profil de contrainte-déformation suggère que la rigidité est significativement augmentée dans le muscle mdx EDL. Le muscle mdx EDL donne aussi une force de résistance significativement plus élevé (stress passive) avant d'atteindre le pic de contrainte, tandis que les contraintes post-pic diminuent beaucoup plus rapidement. En outre, le RRF était significativement plus élevée dans le muscle mdx EDL par rapport à celle du muscle EDL BL10.
L'analyse statistique
La signification statistique entre les deux groupes est analysée par le test t de Student. Pour sSTATISTIQUES importance parmi plusieurs groupes, One-way ou analyse de variance à deux voies suivies par une analyse post hoc de Bonferroni est recommandé d'utiliser le logiciel SAS (SAS Institute Inc, Cary, NC). Différence est considérée comme significative lorsque p <0,05.
Tableau 1. Matériaux et équipements.
Expérience | La tension au repos (gramme) | Fréquence d'impulsion (Hz) | Largeur d'impulsion (ms) | Durée de stimulation (ms) | Longueur d'étirement | Extensible (ms) | Taux d'allongement | Commentaires |
1. L'évaluation des propriétés contractiles et passive du muscle EDL ex vivo | ||||||||
1.3.1 Mesurer les propriétés contractiles du muscle EDL | ||||||||
1. Réchauffer | 1,0 | 150 | 0,2 | 300 | Reposer les muscles pendant 60 secondes entre chaque stimulus. Ces contractions tétaniques préliminaires stabiliser le muscle pour les mesures suivantes. | |||
2. Longueur musculaire optimale (Lo) | 0,5, 1,0, 1,5 et 2,0 | 1 | 0,2 | 300 | Permettre au muscle de se détendre pendant 30 secondes entre chaque stimulus. Mesurer la longueur musculaire optimale en utilisant un compas numérique. | |||
3. Simple twitch vigueur (Pt) | Régler la tension de repos à Lo | 1 | 0,2 | 300 | ||||
4. La force musculaire tétanique | Régler la tension de repos à Lo | 50, 80, 100, 120, 150 et 200 | 0,2 | 300 | Permettre au muscle de se détendre pendant 1 minute entre chaque stimulus. Déterminer la fréquence qui génère le maximum absolu tétanique force (Po). | |||
5. Contraction excentrique | Régler la tension de repos à Lo | Utiliser la fréquence qui génère la force maximale tétanique (Po) | 0,2 | 700 | Lo 10% | dernière 200 ms de la durée de stimulation | 0.5 Lo / s | Répétez la contraction excentrique pendant 10 cycles avec 2 minutes de repos entre les cycles. |
6. CSA du muscle EDL | CSA = (masse musculaire (g) / [1,06 g / cm 3 x (Lo x 0,44)]. 1,06 g / cm 3 est la densité musculaire et 0,44 est la longueur du muscle EDL de fibres à Lo rapport. | |||||||
1.3.2 Mesure des propriétés passives du muscle EDL | ||||||||
1. Six-étape d'étirage protocole | Régler la tension de repos à Lo | Lo 10% | 2 cm / sec | Répétez le protocole d'étirement avec un incrément de 10% jusqu'à 160 Lo Lo% est atteint. Alow 1,5 sec entre les cycles d'étirement. | ||||
2. SRR | Régler la tension de repos à Lo | Lo 10% | 2 cm / sec | SSR est calculé en divisant la différence de la contrainte avec le temps écoulé entre deux points dans le temps dans un laps de temps. | ||||
2.3 Mesure des propriétés contractiles du muscle TA | ||||||||
1. Réchauffer | 4.0 | 150 | 0,2 | 300 | Reposer les muscles pendant 60 secondes entre chaque stimulus. | |||
2. Longueur musculaire optimale (Lo) | 3,0, 4,0, 5,0, 6,0 et 7,0 | 1 | 0,2 | 300 | Permettre au muscle de se détendre pendant 30 secondes entre chaque stimulus. Mesurer la longueur musculaire optimale en utilisant un compas numérique. | |||
3. CSA du muscle TA | CSA = (masse musculaire (g) / [1,06 g / cm 3 x (Lo x 0,6)]. 0,6 est la longueur du muscle à fibres TA Lo ratio. |
Tableau 2. Paramètres pour l'évaluation des propriétés mécaniques des muscles EDL et TA.
Souche | Age (mois) | Poids corporel (g) | EDL poids (mg) | EDL Lo (mm) | EDL CSA (mm 2) |
BL10 | 6 | 32,03 ± 0,57 | 13,90 ± 0,77 | 14,09 ± 0,04 | 2,12 ± 0,12 |
mdx | 6 | 35,44 ± 0,42 * | 16,73 ± 0,42 * | 13,93 ± 0,05 * | 2,57 ± 0,07 * |
Tableau 3. Propriétés morphométriques du muscle EDL. *, La valeur mdx souris est significativement différent de celui de l'âge des souris BL10 identifié.
Figure 1. Un schéma de principe du conseil sur mesure souris dissection. Le conseil dissection est faite à partir d'un ½ pouce d'épaisseur en plexiglas et a été fabriqué à l'atelier institutionnel. Cliquez ici pour agrandir la figure .
/>
Figure 2. Une série d'images numériques montrant les étapes de faire un nœud double carré suivie d'un nœud de boucle à la MTJ. Asterisk, l'EDL; Arrow, le tendon distal du muscle EDL.
/>
Figure 3. Un diagramme schématique de la plate-forme sur mesure pour essai de fonction TA situ musculaire. La plate-forme animale en plexiglas et le support en acier inoxydable genou ont été conçus pour monter sur le 809B dans un appareil de souris in situ. *, Tige en acier inoxydable (Cat # MPR-2.0 , Siskiyou, Grants Pass, OR); #, porte-électrode universelle (Cat # MXB, Siskiyou, Grants Pass, OR); §, tige de fixation d'électrode (Cat # MPR-3.0, Siskiyou, Grants Pass, OR); ** Sylgard bloc. Cliquez ici pour agrandir la figure .
/>
Figure 4. Les résultats représentatifs pour les propriétés contractiles et passive du muscle EDL. Les propriétés contractiles du muscle EDL sont caractérisés par la force contractile spécifique (A), la force spécifique tétanique (B), le temps de la tension de crête (C) et le temps de relaxation de la moitié (D). Les propriétés passives du muscle EDL sont évalués par le profil de contrainte-déformation (E) et la SSR. *, Souris mdx sont significativement différents de appariées selon l'âge BL10 souris.
Dans ce protocole, nous avons illustré tests physiologiques pour mesurer les propriétés contractiles et passive du muscle EDL et les propriétés contractiles du muscle TA. Une préoccupation majeure dans les études de physiologie du muscle est l'oxygénation du muscle cible. Pour les grands muscles (comme le muscle TA), l'approche in situ est préférée parce que la diffusion de l'oxygène à partir du tampon de Ringer peut pas atteindre le centre du muscle dans un test in vitro. Dans l'approche in situ ne perturbe pas l'approvisionnement normal du sang et de l'hypoxie associée effets artificiels sont évités. L'EDL est l'un des muscles les plus couramment utilisés dans l'étude de la physiologie. Une oxygénation adéquate de l'ensemble du muscle peut être obtenue dans un système in vitro en raison de la petite taille du muscle. En outre, le système in vitro fournit un environnement clos à manipuler les concentrations d'ions (Ca 2 +, Na + et K +) et chimicochimiques (ATP et glucose) qui sont nécessaires pour la génération de la force musculaire optimale. Ce système offre une excellente occasion d'étudier l'effet de ces variables sur la production de force.
La mesure précise des propriétés contractiles et passive du muscle membres est essentielle pour étudier la fonction des muscles squelettiques. Changements caractéristiques de ces propriétés sont souvent considérés comme les maîtres mots de maladies musculaires différents. Les variations de ces paramètres sont également des indicateurs importants pour déterminer si un traitement expérimental est efficace ou non.
Aucun conflit d'intérêt déclaré.
Ce travail a été soutenu par des subventions du National Institutes of Health (AR-49 419, DD), Muscular Dystrophy Association (DD), et les NIH bourse de formation T90DK70105 (CH).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Matériel | Fabricant | Spécifications et commentaires | |
Tissus d'organes bain | Radnoti LLC, CA, USA | Bain de tissu de la chemise d'eau (Cat # 158351-LL), tube disperseur oxygène (Cat # 160192), vanne Luer (Cat # 120722) | |
Bain de circulation d'eau | Fisher Scientific, Waltham, MA, USA | ||
Mélange de gaz | Airgas nationale, Charlotte, Caroline du Nord, Etats-Unis | 95% de O 2 et 5% de CO 2 | |
Dans le muscle in vitro fonction appareil de dosage | Aurora scientifique, Aurora, ON, Canada | Le système se compose d'un stimulateur (Modèle # 701A), un système de levier bi-mode (Modèle # 300C ou 305C), une interface de signal (Modèle # 604B) et un test apreils (Modèle # 800A) pour monter verticalement bain d'organe tissus | |
Dans le muscle in vitro fonction du logiciel d'analyse | Contrôle dynamique musculaire (DMC) et le logiciel de contrôle dynamique du muscle analyse des données (DMA) du logiciel | ||
Cocktail anesthésie souris mélangés dans NaCl à 0,9% | Reportez-vous aux directives institutionnelles | Kétamine (25 mg / ml), la xylazine (2,5 mg / ml) et d'acépromazine (0,5 mg / ml). Tout au long de la procédure chirurgicale, un supplément de 10% de la dose initiale peut être nécessaire pour garder un animal sous anesthésie. | |
Sylgard | Instrument de précision mondiale | Cat # SYLG184 | |
Un conseil sur mesure dissection plexiglas | Dans la maison conçue | Reportez-vous à la figure 1 | |
Lampe chauffante | Lighting Company tenseur,Boston, MA, USA | 15 Témoin Watt pour maintenir la chaleur de la souris lors de la dissection | |
Ringer tampon | Les produits chimiques sont achetés chez Fisher Scientific, Waltham, MA, USA | Composition en mM: 1,2 NaH 2 PO 4 (Cat # S369), 1 MgSO 4 (Cat # M63), 4,83 KCl (Cat # P217), 137 NaCl (Cat # 217), 24 NaHCO 3 (Cat # S233), 2 glucose CaCl 2 (Cat # C79) et 10 (Cat # D16). Dissoudre et mélanger des produits chimiques individuellement dans l'ordre indiqué ci-dessus. Stocker à 4 ° C. | |
Stéréo microscope à dissection | Nikon, Melville, NY, USA | ||
Outils de dissection | Outils Fine Science, Foster City, CA, USA | Forceps, ciseaux grossiers, grossiers pinces fines (droite et angle de 45 °) | |
Suture en soie tressée # 4-0 | SofSilk USSC Sutures, Norwalk, CT, USA | Cat # SP116 | |
Un crochet sur mesure en acier inoxydable | Petites pièces, Inc | 2'' long S / S 304V (0,18'' de diamètre) pour capteur de force 305C ou 2,5'' de long S / S 304V (0,012'' de diamètre) pour le capteur 300C (Cat # ASTM A313) | |
Dans le système musculaire test in situ fonction | Aurora scientifique, Aurora, ON, Canada | Le système (809B, dans un appareil de souris in situ) sont constitués d'un stimulateur (modèle n ° 701B), un système de levier à double mode (modèle n ° 305C), une interface de signal (Modèle # 604A) et un dispositif de thermo semelle contrôlée (Modèle 809A # ) | |
Dans le muscle in vitro fonction du logiciel d'analyse | Aurora scientifique, Aurora, ON, Canada | Contrôle dynamique musculaire (DMC) et le logiciel de contrôle dynamique du muscle analyse des données (DMA) du logiciel | |
Une plate-forme sur mesure TA animaux d'essai | Dans la maison conçue | Reportez-vous à la figure 2 | |
Un crochet sur mesure en acier inoxydable | Petites pièces, Inc | Cat # ASTM A313 | 0,5'' long S / S 304V (0,18'' de diamètre) |
Custom-made électrodes de platine 25G | Entreprises Chalgren, Gilroy, Californie | Souder deux fils'' 0.016 platine d'épaisseur à deux fils électriques 24G |
Tableau 1. Matériaux et équipements.
Demande d’autorisation pour utiliser le texte ou les figures de cet article JoVE
Demande d’autorisationThis article has been published
Video Coming Soon